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AG Wollenberger: Biosensoren - Bioelektrochemie - Bioelektronik

In unserer Forschung beschäftigen wir uns mit der Entwicklung und Anwendungen bioanalytischer Systeme. Dabei  gewinnen wir Erkenntnisse zur Biokatalyse und entwickeln biomolekularer Module für die Analytik, Energiewandlung und Signalverarbeitung.

 

Untersuchte Aspekte sind:

Proteinelektrochemie, Elektronentransfer: Bestimmung elektrochemischer Parameter; Interaktionsstudien mit Redoxpartnern; Grenzflächendesign für die Assemblierung von Biomolekülen; Elektronentransferketten, Spektroelektrochemie;  bioelektrokatalytische Signalverstärkung.

 

Direkter heterogener Elektronentransfer

Für die Untersuchung von Elektronentransferreaktion und ihrer Nutzung in Biosensoren, Biobrennstoffzellen und der Bioelektrokatalyse haben Material und Chemie der Oberflächen entscheidenden Einfluss. Ein schneller direkter heterogener Elektronentransfer zu Redoxproteinen und Enzymen erfordert eine gerichtete Wechselwirkung mit der Elektrodenoberfläche. Dadurch werden die Abstände zu den Reaktionszentren reduziert und eine Elektronenübertragung möglich.

Durch chemische Modifizierungen und Einführung nanostrukturierter Materialien wird die Interaktion mit Enzymproteinen begünstigt. Die Kopplung von heterogenem Elektronentransfer und  intermolekularen Elektronentransfer über Proteinketten führt zu elektroaktive Assemblaten für die Bioelektronik.

 

Gegenwärtig untersuchen wir Cytochrome, Oxygenasen, Peroxidasen und  Molybdoenzyme.

  • Proteinelektrochemie, Elektronentransfer: Bestimmung elektrochemischer Parameter; Interaktionsstudien mit Redoxpartnern
  • Redoxproteine: Cytochrome, Fe-S-Proteine
  • Hämenzyme: NOSynthase, Peroxygenase, CYP, Peroxidase
  • Molybdoenzyme: SOx, XDH, AldDH, AldOR

 

 

Biosensoren

Design und Entwicklung von Enzymsensoren für ausgewählte Anwendungen und die Routineanalytik.

  • Diagnostik: z.B. Glucose; Catecholamine, Glutamat
  • Lebensmittelkontrolle: z.B. Sulfit, Phenylalanin, Malat, Sulfit
  • Umweltanalytik: z.B. Phenole, Peroxide, Aldehyde, Nervengifte
  • nicht-invasive Analytik: z.B.  Reaktive Sauerstoffspecies (ROS), Peroxide, Lactat in der Ausatemluft
  • miniaturisierte Sensoren für mikrofluidische Systeme und LIC

Hochempfindliche Biosensoren

Die Empfindlichkeit von Biosensoren wird durch zyklische Reaktionsfolgen gesteigert. Hier haben wir durch Kopplung von Enzymen und Elektroden enzymatische Signal-Verstärkungssysteme und bioelektrokatalytische Signalverstärkung für die hochempfindliche Messung von Catecholaminen, Phenolen, Laktat, Glutamat und anderen Metaboliten und Signalmolekülen entwickelt. Diese können auch zum Nachweis von Enzymen und Inhibitoren dienen.

An Mikroelektrodenpaaren kann enzymfrei das Signal verstärkt werden, wenn die Elektroden genügend dicht plaziert sind und Oxidation und Reduktion gleichzeitig an den benachbarten Elektroden ablaufen.

 

Methoden

  • Elektrochemie: verschiedene elektroanalytische Methoden stehen zur Verfügung
  • Quarzmikrowaage, elektrochemische QCM (E-QCM); E-QCM-D (mit Dissipation)
  • Spektrophotometrie
  • Spektroelektrochemie
  • SPR
  • ELISA
  • Biosensorik

 

 

Projekte und Links:

Unicat - Unifying Concepts in Catalysis

EXCELL - Exploring Cellular Dynamics at the Nanoscale (Coord. DTU DK)

DAAD - PPP China

T(h)erasens - Entwicklungsplatform für autonome Biosensoren

Impulszentrum Integrierte Bioanalytik- Das Taschentuchlabor

BASUMA - Body Area System for Ubiquitous Multimedia Applications

BioHyTec -  Bioanalytik und Biohybrid-Technologien

MuMiP - Mikrofabriken für Biologie und Chemie: Multi-µ-Praktikum

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Kontakt

Universität Potsdam
Prof. Dr. Silke Leimkühler
Molekulare Enzymologie

Karl-Liebknecht-Str. 24-25
14476 Golm
Tel.: 0331/977-5603
Fax: 0331/977-5128

 

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